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如何选择温度传感器的9个重要概念

来源:发表时间:2018-11-30


      想象一下,你是一名仪表工程师。您正在查看新工厂的印刷品,您会看到许多标记为温度传感器的位置。你问自己;什么指定填补每个空间?RTD具有高精度和线性度?或者热电偶因为它们的成本和熟悉度较低?有没有指定填充这些空间?

选择使用何种类型的温度传感器会影响工厂设备的设计和安装的许多其他方面,例如:

需要运行什么类型的电线?

      电线另一端的控制室内的仪器类型是什么?是否有带端子排或变送器的本地接线盒,如果有,需要什么类型的变送器?

      这些仅仅是一些细节,我们甚至没有涉及传感器本身的实际选择和设计。我们之前已经阅读了有关此主题的所有文章,但只要有问题,我们将提供更多信息,以帮助对每个申请做出明智和明智的决定。让我们看一下大局,并尝试以合理的方式缩小选择范围。首先,我们将看看如何选择温度传感器的9个重要概念。只有这样我们才能讨论更好的观点; 例如符合规格。

1、温度范围:

      国际温标(ITS-90)通过使用在指定固定点校准的铂电阻温度计(PRT)定义温度在13.8009°K(961.78°C)之间。虽然这在实验室中很好,但你不太可能找到能够充分覆盖整个范围的工业级RTD。请注意,标准说PRT的复数; 在实验室情况下,一个PRT不能充分覆盖整个范围。ASTM定义铂RTD可在-200°C至650°C的温度范围内使用。即使IEC将上限扩展到850°C,这也是一个很好的指导方针。工业级铂金RTD可以在850°C的温度下使用,但是任何人都不能轻易完成。此外,您可能会发现标准保修对此类服务无效。幸好,

2、准确度:

      在温度范围之后,这基本上有助于我们选择是否我们甚至可以考虑特定的传感器用于我们的应用,我们可以评估各种类型的准确性。标准的ASTM B级RTD将在0°C时提供+/- 0.25°C的真实准确度(与公布的R与T表相比)。由于温度系数的变化,相同的B级温度计可能仅在温度为3.0°C,温度为650°C时提供温度读数。更准确的A级RTD可在1.24°C,650°C下工作。

      相比之下,最常见的J和K型贱金属热电偶在标准精度下提供2.2°C或0.75%(以较大者为准)的精度。这可能在650°C时达到+/- 4.875°C,远远高于B级RTD。对于B级RTD与标准公差热电偶,以及A级RTDS与选择特殊容差限制的热电偶,在整个范围内都是如此,直到RTD的上限为650°C。简单地说; 如果准确性对您很重要,并且所有其他条件允许,请选择热电偶上的RTD。

3、重复性/稳定性:

      由于应用程序对结果产生巨大影响,因此对于RTD或热电偶来说,这并不容易量化。例如;表1,注3说明:“注意:用户应注意热电偶材料的某些特性,包括电动势与温度的关系可能随着使用时间的变化而变化;因此,测试结果和时间获得的性能制造可能不一定适用于整个使用期限。本表中给出的公差仅适用于交付给用户的新电线,并且不允许随使用情况而改变特性这种变化的大小将取决于电线等因素尺寸,温度,暴露时间和环境。“

      对于要求设备的稳定性保持在特定的精度等级(即:B级),进行为期四周的测试。IEC-751更进一步,要求B类RTD必须在最高温度下保持250小时,在最低温度下保持250小时,电阻变化不超过0.3°C。必须保持相同的要求10分钟/最大循环。这是总共5000小时,或极端超过208天。热电偶通常不会像这些那样严格地在稳定性/重复性限度内执行。

4、振动:

      这是热电偶可能具有轻微优势的一个领域。由于热电偶结构中使用的电线尺寸很大,它们比大多数RTD更能承受高振动。请记住,前面提到的1/4“OD矿物绝缘热电偶内部有16个AWG导体,这些导体用于形成热电偶结。另一方面,绕线RTD元件可能有大约26-30个导线。 AWG连接到非常细的铂丝上,用于缠绕传感器本身。这些绕组中的导线直径通常在15到35微米(即大约0.00059-0.00138英寸)的范围内,因此非常脆弱。已知高振动会在一些不完全支撑结构的绕线电阻元件中引起问题。故障可能是开路,噪声信号或间歇性高读数的形式。

      完全支持的绕线,以及认为薄膜RTD比半支撑类型更好一些。但请注意,元件引线仍然只有26-30AWG,因此相对容易受到持续高振动引起的断裂。此外,RTD制造商必须特别注意将这些元素妥善包装,以便他们看到它们的坚固环境。

5、响应时间:

      这是上海自动化仪表三厂优于RTD的另一个领域,理解其原因只是物理学的一个简单问题。接触式温度传感器不会指示它们周围区域的温度,它们表示它们自身敏感区域的温度。为了使任何接触温度传感器指示其接触的温度,传感器必须首先与该环境达到热平衡。我们不讨论两者从未实际达到相同温度的理论方面,而只讨论一段时间后两者大致处于热平衡的事实。

      最基本的热电偶仅仅是两根不同金属线的连接点。这可以是珠状结,或对接焊接结,其结果与热电偶线本身几乎相同。为了指示周围温度,结必须处于该温度。该结的直径可能仅为0.010英寸(对于30 AWG电线热电偶),如果使用更细的电线,则可能更小.RTD需要缠绕在成型器周围或内部的一段细铂丝,或者沉积在其上的铂层在所有情况下,都有一个与这种惰性绝缘成形器接触的铂金区域(这是RTD的敏感部分),并且两者的物理尺寸都大于焊接接头(一般来说)。铂金和绝缘体都具有热质量,在传感器能够提供准确读数之前必须与周围环境达到平衡。由于此处涉及的热质量通常高于热电偶结点,因此热电偶在置于类似环境中时响应更快。

      只有在达到每种类型的极快响应时间并使用裸电阻元件和暴露的热电偶结时,上述说法才是真实的。如果两个传感器都封装在金属护套内,并且热电偶接头与护套隔离(如同RTD电路一样),则响应时间将非常相似。

6、灵敏度:

      在这种情况下,RTD简直优越。如果你愿意的话,拿一个100欧姆的RTD,温度系数为.00385。从0°C到+ 100°C,其电阻从100.00变为138.50欧姆,相差38.50欧姆。如果我们一直使用1mA感应电流欧姆定律(V = iR)告诉我们在这个范围内我们会看到38.5mV的差异。相比之下,E型热电偶证明了所有公认的热电偶的最高灵敏度,仅显示6.317 mV的变化。这只是RTD灵敏度的六分之一。如果您的环境可能会产生电气干扰,则热电偶的容易度至少要高出6倍。这是在使用E型时,其他类型的灵敏度低至每摄氏度0.33微伏。如果你想要更高的灵敏度,

7、预期寿命/更换费用:

      这又回到了我们所说的温度范围和稳定性方面的应用参数:这一切都取决于细节。但是,可以进行一些概括。人们普遍认为热电偶处于不断退化的状态,需要定期检查和更换,而铂RTD可能会无限期地持续下去,如果环境不会使它们恶化的话。

8、费用:

      尽管我们不愿承认,大多数决策的最终因素是成本。多年来,热电偶一直是最常用的电子温度传感器形式,主要是因为它们便宜。虽然这仍然是正确的,但必须指出的是,由于薄膜传感器的使用增加,铂RTD的成本已降至非常有竞争力的范围。薄膜RTD传感器当然不再是新技术; 它们是在1970年代早期在德国开发的。RTD现在正在越来越多地使用; 适用于-50至600°C的应用,适用于工业环境,食品和饮料行业,以及实验室设备和一些汽车用途。是否可以实际使用RTD代替热电偶取决于具体的设计和应用,如上所述。但如果不可行,从热电偶到RTD的实际价格差异可能不到10美元。如果这是大型组件的一部分,特别是涉及热电偶套管和变送器的组件,那将占总成本的很小一部分。应该指出的是,由于不需要特殊的补偿电缆,因此可以节省RTD的安装费用,因为可以使用标准的仪表线。

9、摘要:

      上海自动化仪表三厂不能做任何概括,每个应用程序必须自己判断。但是,如果您对温度传感器有新要求,并且您不太确定如何填充空间,请按要求运行并应用上面列出的概念。也许热电偶可以提供您所需要的,或者您可能会发现上海自动化仪表三厂RTD更适合这种情况,从长远来看真的不会再花费你了。


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